Nguyên lý hoạt động của máy cắt Plasma CNC

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY CẮT PLASMA CNC.

Máy cắt plasma cnc sử dụng nguyên lý hoạt động của khí plasma để thực hiện quá trình cắt kim loại. Nguyên lý cắt plasma là sự tận dụng nhiệt độ cao và tốc độ chuyển động của dòng khi phun từ miệng của đầu cắt plasma. Luồng khí sẽ làm nóng chảy và đẩy kim loại ra khỏi rãnh cắt. Khi điều chỉnh chế độ thích hợp thì mép cắt sẽ phẳng và không sần sùi. Phải giảm tốc độ khi muốn tạo các mép cắt vuông góc. Cường độ dòng điện, loại khí sử dụng, khoảng cách từ đầu cắt tới vật, tộc độ cắt là những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cắt plasma.

Các bộ phận của hệ thống máy cắt cnc plasma.

Một hệ thống plasma cơ bản bao gồm:

Hệ thống cung cấp năng lượng: cung cấp năng lượng điện tạo khả năng ion hóa và quy trình điều khiển để cho ra đường cắt chất lượng với năng suất cao trên nhiều loại kim lọa khác nhau. Bộ nguồn một chiều với điện áp từ 240 đến 400 VDC. Chức năng chính của bộ nguồn là để cung cấp năng lượng chính xác cho sự duy trì hồ quang plasma sau khi đã ion hóa.

Đầu cắt: dùng để giữ các chi tiết tiêu hao như vòi phun và điện cực. Cung cấp chất làm mát đến những bộ phận trên. Vòi phun và điện cức nén và duy trì tia plasma.

Mạch khởi động hồ quang: là bộ phần dùng để tạo ra một dòng điện xoay chiều từ 5000 đến 10000V. Tần số của nó rất cao khoảng 2 triệu HZ. Điện áp xoay chiều này dùng để tạo ra một hồ quang với cường độ rất cao trong đầu cắt, để ion hóa khí, nhờ đó tạo ra plasma.

Các loại khí tạo plasma được sử dụng trong máy cắt cnc plasma

Các loại khí được dùng để tạo plasma là khí nitow, oxi, không khí dạng nén, hydro, argon. Các loại khí này đảm bảo tạo bề mặt cắt chất lượng cao, truyển nhiệu hữu hiệu vào kim loại vật cắt, tuổi thọ cao cho các chi tiết của mỏ cắt, tạo dáng hữu hiệu cho hồ quang cắt, bổ sung thêm nhiệt độ cắt thông qua các phản ứng tỏa nhiệt và có tính an toàn và kinh tế.

Khí nitơ cho bề mặt cắt sạch nhất, thích hợp cho các loại kim loại màu. Còn khí O2 nguyên tử giúp cải thiện vấn đề truyền năng lượng vào hồ quang, cho vật cắt thông qua cơ chế phân ly – tái hợp. Không khí nén được dùng để tạo plasma nhiều nhất. Để cải thiệt bề mặt cắt cũng như tăng tốc độ cắt thì chúng ta có thể bổ sung nước vào mỏ cắt.

Nguyên tắc hoạt động của máy cắt cnc plasma.

Nguồn cung cấp điện và mạch để khởi động hồ quang được nối với đầu cắt qua những ống và dây dẫn bên trong. Những dây dẫn và ống cung cấp các dòng khí, dòng điện và dòng hồ quang mồi thích hợp đến các đầu cắt để mồi và duy trì quá trình cắt.

Bước 1: Một tín hiệu khởi động được gửi đến bộ cấp nguồn đầu tiên. Điện áp 280 VDC bắt đầu được kích hoạc và dòng khí di chuyển đến đầu cắt. Điện áp được đo từ điện cực (electrode) tới vòi phun (Nozzle). Vòi phun thì được nối với cực dương của nguồn thông qua một điện trở và relay. Còn vật liệu cần cắt sẽ được nối trực tiếp vào cực dương của bộ nguồn. Luồng khi bắt đầu đi qua vòi phun và thoát ra ngoài môi trường. Lúc này không có tia hồ quang phát ra. Dòng điện cũng không chạy qua nguồn DC. Giai đoạn này điện áp hở mạch.

Bước 2: Mạch khởi động hồ quang làm việc khi dòng khí đã ổn định. Mạch khởi động hồ quang tạo ra điện áp từ 5000 – 10000 VAC cùng với một tần số rất cao. Lúc này tia lửa điện sẽ được phóng qua giữa điện cực và vòi phun bên trong đầu cắt. Đây cũng là nơi mà dòng khí tạo plasma phải đi qua để ra ngoài. Năng lượng chuyển đã chuyển từ tia lửa điện ở tần số cao qua dòng khí, làm cho nó bị ion hóa và trở nên dẫn điện. Có một đường dẫn điện giữa điện cực và vòi phun do dòng khí bị ion hóa tạo nên. Kết quả của quá trình này là hình thành hồ quang plasma. Tia hồ quang bị dòng khí đẩy đi qua lỗ của vòi phun đi ra ngoài, tạo thành dòng hồ quang mồi (Pilot arc).

Bước 3: Khi vòi phun di chuyển dần với vật liệu cần cắt, dòng hồ quang plasma sẽ đánh vào vật liệu cắt như là đường dẫn dòng điện đến cực dương của bộ nguồn. Nó không bị giới hạn bởi điện trở như ở vùi phun nối đến cực dương. Bộ nguồn điện sẽ nhận biết được dòng điện chạy qua vật liệu cắt. Bộ khởi động hồ quang sẽ ngưng làm việc và pilot realy được mở ra khi dòng điện chạy qua vật liệu cắt được phát hiện. Dòng ion hóa được duy trì với năng lượng từ hồ quang plasma của dòng điện một chiều.

Bước 4: Hồ quang plasma có nhiệt độ rất cao và làm tan chảy vật liệu kim loại cắt. Nó đánh thủng qua tấm phôi và dòng khí với tốc độ cực cao sẽ thổi bay phần vật liệu nóng chảy xuống phía dưới đường cắt. Lúc này thì quá trình cắt bắt đầu và máy cắt bắt đầu di chuyển thành các đường cắt đã được quy định.

Bước 5: Trong những trường hợp mà đầu cắt plasma được gắn trên máy cắt CNC plasma, bộ điều khiển của máy cắt CNC sẽ cảm ứng tín hiệu từ bộ nguồn plasma, cho biết đã thiết lập thành công dòng hồ quang plasma. Lúc đó máy cắt cnc sẽ di chuyển theo các đường vẽ trên bản vẽ. Bộ điều khiển độ cao của đầu cắt cũng được cho phép hoạt động. Tùy thuộc vào độ cong vênh của vật liệu cắt, bộ điều khiển độ cao sẽ tự động cảm ứng khoảng cách và điều khiển độ cao một cách tự động, điều này đảm bảo được độ cao của vòi phun so với mặt cắt luôn ổn định như mong muốn.